KR20130103326A - Hybrid construction machinery - Google Patents
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Abstract
선회체의 구동에 전동 모터를 사용한 하이브리드식 건설 기계에 있어서, 어떠한 이유에서 전동 모터의 토크를 발생할 수 없는 사태가 발생한 경우에서도, 만족한 작업을 행할 수 있는 하이브리드식 건설 기계를 제공한다. 선회체의 구동용으로서, 유압 모터(27)와 전동 모터(25) 양쪽을 구비하고, 유압 모터와 전동 모터의 복합 선회 모드와, 유압 모터 단독 선회 모드의 전환을 행하는 컨트롤러(80)를 설치한다. 이때, 양쪽 모드에 있어서 충분한 조작성과 성능이 실현되도록 한다. 보통은, 유압 전동 복합 선회 모드에서 에너지 절약 운전을 행한다. 축전량이 소정의 범위를 벗어났을 때, 혹은 인버터 고장 그 외의 전기계의 이상이 발생한 때는, 유압 단독 선회 모드로 전환하고, 유압 모터 단독에 의해 정상의 제동 토크로 구동할 수 있게 한다. In a hybrid construction machine using an electric motor for driving a swinging structure, a hybrid construction machine capable of satisfactory work can be provided even when a situation arises in which a torque of the electric motor cannot be generated for any reason. As a driving device for the swinging structure, both a hydraulic motor 27 and an electric motor 25 are provided, and a controller 80 for switching between the hydraulic swinging motor and the electric swinging hybrid mode and the hydraulic motor swinging mode is provided. . At this time, sufficient operability and performance are realized in both modes. Usually, energy saving operation is performed in the hydraulic-electric combined swing mode. When the power storage amount is out of a predetermined range, or when an inverter failure or other electric system abnormality occurs, the operation is switched to the hydraulic single turning mode, and the hydraulic motor alone allows driving with normal braking torque.
Description
본 발명은 하이브리드식 건설 기계에 관한 것으로, 특히, 유압 셔블 등의 선회체를 갖는 하이브리드식 건설 기계에 관한 것이다. TECHNICAL FIELD This invention relates to a hybrid construction machine. Specifically, It is related with the hybrid construction machine which has turning bodies, such as a hydraulic excavator.
예를 들어 유압 셔블과 같은 건설 기계에 있어서는, 동력원으로서, 가솔린, 경유 등의 연료를 사용하고, 엔진에 의해 유압 펌프를 구동해서 유압을 발생함으로써 유압 모터, 유압 실린더라고 하는 유압 액추에이터를 구동한다. 유압 액추에이터는, 소형 경량으로 대출력이 가능해서, 건설 기계의 액추에이터로서 널리 사용되고 있다. For example, in a construction machine such as a hydraulic excavator, a fuel such as gasoline or diesel is used as a power source, and the hydraulic pump is driven by an engine to generate a hydraulic pressure, thereby driving a hydraulic motor such as a hydraulic motor or a hydraulic cylinder. Hydraulic actuators are widely used as actuators for construction machinery because of their small size, light weight, and large output.
한편, 최근, 전동 모터 및 축전 디바이스(배터리나 전기 이중층 캐패시터 등)를 사용함으로써, 유압 액추에이터만을 사용한 종래의 건설 기계보다 에너지 효율을 높이고, 에너지 절약화를 도모한 건설 기계가 제안되어 있다(특허 문헌 1). On the other hand, in recent years, by using an electric motor and a power storage device (battery, electric double layer capacitor, etc.), the construction machine which improved energy efficiency compared to the conventional construction machine using only a hydraulic actuator, and aimed at energy saving is proposed (patent document). One).
전동 모터(전동 액추에이터)는 유압 액추에이터에 비해 에너지 효율이 좋고, 제동시의 운동 에너지를 전기 에너지로서 회생할 수 있다(유압 액추에이터의 경우에는 열로서 방출)고 하는, 에너지적으로 우수한 특징이 있다. Electric motors (electric actuators) are more energy efficient than hydraulic actuators and have an energy-efficient feature that can regenerate kinetic energy during braking as electrical energy (in the case of hydraulic actuators, release them as heat).
예를 들어, 특허 문헌 1에 제시되는 종래 기술에서는, 선회체의 구동 액추에이터로서 전동 모터를 탑재한 유압 셔블의 실시 형태가 제시되어 있다. 유압 셔블의 상부 선회체를 하부 주행체에 대하여 선회 구동하는 액추에이터(종래는 유압 모터를 사용)는, 사용 빈도가 높고, 작업에 있어서 기동 정지, 가속 감속을 빈번히 반복한다. For example, in the prior art disclosed in
이때, 감속시(제동시)에 있어서의 선회체의 운동 에너지는, 유압 액추에이터의 경우에는 유압 회로상에서 열로서 버려지지만, 전동 모터의 경우에는 전기 에너지로서의 회생을 예상할 수 있어서, 에너지 절약화가 도모된다. At this time, the kinetic energy of the swinging body at the time of deceleration (braking) is dissipated as heat on the hydraulic circuit in the case of the hydraulic actuator, but in the case of the electric motor, regeneration as electric energy can be expected, and energy saving can be achieved. do.
또한, 유압 모터와 전동 모터 양쪽을 탑재하고, 합계 토크에 의해 선회체를 구동하는 건설 기계가 제안 개시되어 있다(특허 문헌 2 및 특허 문헌 3). Moreover, the construction machine which mounts both a hydraulic motor and an electric motor, and drives a turning body by total torque is proposed and disclosed (patent document 2 and patent document 3).
특허 문헌 2에서는, 선회체 구동용 유압 모터에 전동 모터가 직결되어, 조작 레버의 조작량에 의해 컨트롤러가 전동 모터에 출력 토크를 지령하는 유압 건설 기계의 에너지 회생 장치가 개시되어 있다. 감속(제동)시에 있어서는, 전동 모터가 선회체의 운동 에너지를 회생하고, 전기 에너지로서 배터리에 축전한다. In Patent Document 2, an energy regeneration device for a hydraulic construction machine is disclosed in which an electric motor is directly connected to a swing-drive hydraulic motor, and the controller commands an output torque to the electric motor by the amount of operation of the operation lever. At the time of deceleration (braking), the electric motor regenerates the kinetic energy of the swinging structure and stores it in the battery as electrical energy.
특허 문헌 3에서는, 선회 구동용 유압 모터의 인(in)측과 아웃(out)측의 차압을 사용하여, 전동 모터에의 토크 지령값을 산출하고, 유압 모터와 전동 모터와의 출력 토크 배분을 행하는 하이브리드형 건설 기계가 개시되어 있다. In
특허 문헌 2 및 3의 종래 기술은, 모두, 선회 구동용 액추에이터로서, 전동 모터와 유압 모터를 병용함으로써, 종래의 유압 액추에이터 구동의 건설 기계에 익숙해진 오퍼레이터도 위화감 없게 조작할 수 있는 동시에, 간단하고 또한 실용화가 용이한 구성으로 에너지 절약화를 도모하고 있다. In the prior arts of
특허 문헌 1 기재의 하이브리드식 유압 셔블에서는, 감속시(제동시)에 있어서의 선회체의 운동 에너지는, 전동 모터에 의해 전기 에너지로서 회생되기 때문에, 에너지 절약의 관점에서 효과적이다. In the hybrid hydraulic excavator described in
그러나, 전동 모터는 유압 모터와는 다른 특성을 가지기 때문에, 건설 기계의 선회체의 구동에 전동 모터를 사용하면, 이하와 같은 문제를 발생한다. However, since an electric motor has a characteristic different from a hydraulic motor, when an electric motor is used for the drive of the turning body of a construction machine, the following problems arise.
(1) 전동 모터의 속도 피드백 제어 불량 등에 의한 헌팅(특히 저속 영역, 정지 상태). (1) Hunting due to poor speed feedback control of the electric motor (especially low speed region, stationary state).
(2) 유압 모터와의 특성의 차이에 의한 조작상의 위화감. (2) Operational discomfort due to the difference in characteristics from the hydraulic motor.
(3) 모터가 회전하지 않는 상태에서 토크를 연속 출력하는 작업(예를 들어, 밀어 부치기 작업)에 있어서의 모터나 인버터의 과열. (3) Overheating of a motor or an inverter in the work which continuously outputs a torque (for example, pushing work) in the state which a motor does not rotate.
(4) 유압 모터 상당의 출력을 보증하는 전동 모터를 사용하면 외형이 지나치게 커지거나, 혹은 비용이 현저하게 높아진다. (4) The use of an electric motor that guarantees output equivalent to a hydraulic motor results in an excessively large appearance or a significant increase in cost.
특허 문헌 2 및 3 기재의 하이브리드식 유압 셔블에서는, 유압 모터와 전동 모터 양쪽을 탑재하고, 합계 토크에 의해 선회체를 구동함으로써 상기의 문제를 해결하고, 종래의 유압 액추에이터 구동의 건설 기계에 익숙해진 오퍼레이터도 위화감 없게 조작할 수 있는 동시에, 간단하고 또한 실용화가 용이한 구성으로 에너지 절약화를 도모하고 있다. In the hybrid hydraulic excavators described in
그러나, 상술한 특허 문헌 1 내지 3 기재의 선행 기술 어느 것에 있어서도, 선회 구동에 필요한 전체 토크 중, 전동 모터가 일정한 토크를 담당하고 있기 때문에, 인버터, 모터 등의 전기계의 고장, 이상이나, 축전 디바이스의 에너지 부족이나 과충전 상태 등, 어떠한 이유에서 전동 모터의 토크를 발생할 수 없을 경우, 선회체를 구동하기 위한 전체 토크가 부족하여, 정상 시와 같이 기동·정지할 수 없게 된다고 하는 과제가 있다. However, in any of the prior arts described in
예를 들어 선회체의 속도가 높고 운동 에너지가 큰 상태에 있어서 돌연 이상이 일어난 경우에는, 전동 모터가 프리런 상태로 되고, 특허 문헌 1의 선행 기술에서는 정지할 수 없게 되고, 특허 문헌 2 및 3의 선행 기술에서는, 정지 거리, 정지 시간이 정상 상태보다 신장되기 때문에, 안전상 심각한 문제가 된다. For example, when a sudden abnormality occurs in a state where the speed of the swinging body is high and the kinetic energy is large, the electric motor is in a free-run state, and the prior art of
또한, 기계 기동 직후에 있어서는, 기계 정지중, 보관중의 자연 방전 등에 의해 축전 디바이스의 에너지량이 저하할 가능성이 있다. 이 경우, 선회용 전동 모터가 출력 불능하기 때문에, 바로 선회 동작을 개시할 수는 없다. 우선, 축전 디바이스의 축전량이 소정값이 이루어질 때까지 충전을 행할 필요가 있기 때문에, 오퍼레이터는, 작업을 개시하고 싶어도, 충전 완료까지 대기할 필요가 있다. In addition, immediately after the machine starts, there is a possibility that the amount of energy of the power storage device may decrease due to natural discharge or the like during machine stoppage or storage. In this case, since the turning electric motor is incapable of outputting, the turning operation cannot be started immediately. First, since it is necessary to charge until the power storage amount of a power storage device reaches a predetermined value, even if an operator wants to start work, it is necessary to wait until completion of charging.
본 발명의 목적은, 선회체의 구동에 전동 모터를 사용한 하이브리드식 건설 기계에 있어서, 어떠한 이유에서 전동 모터의 토크를 발생할 수 없는 사태가 발생한 경우에서도, 만족한 작업을 행할 수 있는 하이브리드식 건설 기계를 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is a hybrid construction machine in which a hybrid construction machine using an electric motor for driving a swinging body can perform satisfactory work even when a situation in which torque of the electric motor cannot be generated for any reason occurs. To provide.
본 발명의 하이브리드식 건설 기계는, 선회체의 구동용으로서, 유압 모터와 전동 모터 양쪽을 구비하고, 제어 장치에 의해, 유압 모터와 전동 모터 양쪽을 구동해서 선회체를 구동하는 유압 전동 복합 선회 모드와, 유압 모터만을 구동해서 선회체를 구동하는 유압 단독 선회 모드로의 전환을 행하는 구성으로 한다. 유압 전동 복합 선회 모드와 유압 단독 선회 모드의 전환에서는, 양쪽 모드에 있어서 충분한 조작성과 성능이 실현되도록 한다. 보통은, 유압 전동 복합 선회 모드에서 에너지 절약 운전을 행한다. 축전량이 소정의 범위를 벗어났을 때, 혹은 인버터 고장 그 외의 전기계의 이상이 발생한 때는, 유압 단독 선회 모드로 전환하고, 전동 모터가 프리런 상태로 되어도, 유압 모터 단독에 의해 정상인 제동 토크로 구동할 수 있게 한다. The hybrid construction machine of the present invention includes a hydraulic motor and an electric motor for driving a swinging structure, and a hydraulic-electric hybrid swinging mode for driving the swinging body by driving both the hydraulic motor and the electric motor by a control device. And switching to the hydraulic single swing mode for driving only the hydraulic motor to drive the swing structure. In switching between the hydraulic-electric combined swing mode and the hydraulic single swing mode, sufficient operability and performance are realized in both modes. Usually, energy saving operation is performed in the hydraulic-electric combined swing mode. When the power storage amount is out of a predetermined range, or when an inverter failure or other electric system abnormality occurs, the motor is switched to the hydraulic single swing mode and driven at the normal braking torque by the hydraulic motor alone even when the electric motor is in the free run state. Make it possible.
본 발명에 따르면, 선회체의 구동용으로서, 유압 모터와 전동 모터의 양쪽을 구비하고, 유압 모터와 전동 모터 양쪽의 토크로 선회 구동하는 모드(유압 전동 복합 선회 모드)와, 유압 모터 단독으로 선회 구동하는 모드(유압 단독 선회 모드)의 전환이 가능한 구성으로 함으로써, 유압 전동 복합 선회 모드에 있어서는, 예를 들어, 압박 굴삭 등의 유압 액추에이터 특유의 작업 동작, 유압 액추에이터 특유의 조작감을 실현하는 동시에, 제동(감속)시에는, 전동 모터에 의해 선회체의 운동 에너지를 회생함으로써, 에너지 절약화를 실현할 수 있다. 또한, 회생한 전기 에너지를 축전하기 위한 축전 디바이스의 에너지 잔량이 부족할 경우, 과충전의 경우나, 전동 시스템에 고장, 이상, 경고가 발생했을 경우에 있어서는, 유압 단독 선회 모드로 전환하는 것에 의해, 유압 모터 단독에 의해 정상인 선회 토크로 구동할 수 있고, 작업을 계속할 수 있다. 또한, 시동시에 있어서, 축전 디바이스의 에너지 잔량이 부족해도, 즉시 작업을 개시하는 것이 가능해진다. According to the present invention, for driving a swinging structure, both a hydraulic motor and an electric motor are provided, and a swing driving mode (hydraulic electric hybrid swing mode) is performed by torque of both the hydraulic motor and the electric motor, and the hydraulic motor turns alone. By setting it as the structure which can be switched to the driving mode (hydraulic single swing mode), in a hydraulic-electric combined swing mode, for example, the operation | movement peculiar to hydraulic actuators, such as pressure excavation, and the operation feeling peculiar to a hydraulic actuator are realized, In braking (deceleration), energy saving can be realized by regenerating the kinetic energy of the swinging structure by the electric motor. When the energy remaining amount of the power storage device for storing the regenerated electric energy is insufficient, in the case of overcharging, or when a failure, abnormality or warning occurs in the electric system, the hydraulic pressure is switched to the hydraulic single turning mode. The motor alone can be used to drive normal turning torque, and the operation can be continued. In addition, at start-up, even if the energy remaining amount of the power storage device is insufficient, the work can be started immediately.
이와 같이 본 발명에 따르면, 어떠한 이유에서 전동 모터의 토크를 발생할 수 없는 사태가 발생한 경우에서도, 만족한 작업을 행할 수 있다. Thus, according to this invention, even if the situation which the torque of an electric motor cannot generate | occur | produce for some reason arises, satisfactory operation | work can be performed.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 하이브리드식 유압 셔블의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 하이브리드식 유압 셔블의 주요 전동·유압 기기의 시스템 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 하이브리드식 유압 셔블의 시스템 구성 및 제어 블록도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 선회 유압 시스템의 구성을 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 유압 펌프의 토크 제어 특성을 도시하는 도면이다.
도 6a는 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 선회용 스풀의 미터 인 개구 면적 특성 및 블리드 오프 개구 면적 특성을 도시하는 도면이다.
도 6b는 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 선회용 스풀의 미터 아웃 개구 면적 특성을 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 유압 파일럿 신호(조작 파일럿압)에 대한 선회용 스풀(61)의 미터 인 조리개와 센터 바이패스 컷트 밸브(63)와의 합성 개구 면적 특성을 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 유압 전동 복합 선회 모드에서의 선회 구동시에 있어서의 유압 파일럿 신호(파일럿압), 미터 인 압력(M/I압), 선회 전동 모터의 어시스트 토크, 상부 선회체의 회전 속도(선회 속도)의 시계열 파형을 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 유압 파일럿 신호(조작 파일럿압)에 대한 선회용 스풀(61)의 미터 아웃 개구 면적 특성을 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 유압 전동 복합 선회 모드에서의 선회 제동 정지시에 있어서의 유압 파일럿 신호(파일럿압), 미터 아웃 압력(M/O압), 선회 전동 모터의 어시스트 토크, 상부 선회체의 회전 속도(선회 속도)의 시계열 파형을 도시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 선회용의 가변 오버로드 릴리프 밸브의 릴리프압 특성을 도시하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 하이브리드식 유압 셔블의 이상 처리 시퀀스(유압 전동 복합 선회 모드로부터 유압 단독 선회 모드로의 전환)를 흐름도로 도시하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 하이브리드식 유압 셔블의 이상 처리 시퀀스(유압 전동 복합 선회 모드로의 복귀)를 흐름도로 도시하는 도면이다.
도 14는 통상의 유압 셔블의 기동 시퀀스를 흐름도로 도시하는 도면이다.
도 15는 캐패시터와 선회 전동 모터를 갖는 종래의 하이브리드식 유압 셔블의 기동 시퀀스를 흐름도로 도시하는 도면이다.
도 16은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 하이브리드식 유압 셔블의 기동 시퀀스를 흐름도로 도시하는 도면이다.
도 17은 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 하이브리드식 유압 셔블의 주요 전동·유압 기기의 시스템 구성도이다.
도 18은 본 발명의 제3 실시 형태에 의한 하이브리드식 유압 셔블의 주요 전동·유압 기기의 시스템 구성도이다.
도 19는 본 발명의 제4 실시 형태에 의한 하이브리드식 유압 셔블의 주요 전동·유압 기기의 시스템 구성도이다.
도 20은 본 발명의 제5 실시 형태에 의한 하이브리드식 유압 셔블의 주요 전동·유압 기기의 시스템 구성도이다. 1 is a side view of a hybrid hydraulic excavator according to a first embodiment of the present invention.
It is a system block diagram of the main electric and hydraulic equipment of the hybrid hydraulic excavator which concerns on 1st Embodiment of this invention.
3 is a system configuration and control block diagram of the hybrid hydraulic excavator according to the first embodiment of the present invention.
It is a figure which shows the structure of the turning hydraulic system in 1st Embodiment of this invention.
It is a figure which shows the torque control characteristic of the hydraulic pump in 1st Embodiment of this invention.
It is a figure which shows the meter in opening area characteristic and the bleed-off opening area characteristic of the turning spool in 1st Embodiment of this invention.
It is a figure which shows the meter out opening area characteristic of the turning spool in 1st Embodiment of this invention.
FIG. 7 shows the composite aperture area characteristics of the meter-in aperture of the swinging
Fig. 8 is a hydraulic pilot signal (pilot pressure), meter in pressure (M / I pressure), assist torque of a swing electric motor, in swing driving in a hydraulic-electric hybrid swing mode in the first embodiment of the present invention. It is a figure which shows the time-series waveform of the rotation speed (rotation speed) of an upper swing body.
FIG. 9: is a figure which shows the meter out opening area characteristic of the turning
Fig. 10 is an assist of hydraulic pilot signal (pilot pressure), meter out pressure (M / O pressure), swing electric motor at the time of swing braking stop in the hydraulic-electric hybrid swing mode in the first embodiment of the present invention. It is a figure which shows the time-series waveform of torque and the rotation speed (rotation speed) of an upper swing body.
It is a figure which shows the relief pressure characteristic of the variable overload relief valve for turning in 1st Embodiment of this invention.
It is a figure which shows in flowchart with the abnormality processing sequence (switching from hydraulic-electric combined swing mode to hydraulic single swing mode) of the hybrid hydraulic excavator by 1st Embodiment of this invention.
It is a figure which shows in flowchart with the abnormality process sequence (return to hydraulic-electric hybrid swing mode) of the hybrid hydraulic excavator by 1st Embodiment of this invention.
It is a figure which shows the flowchart of the starting sequence of a normal hydraulic excavator.
FIG. 15 is a flowchart showing a startup sequence of a conventional hybrid hydraulic excavator having a capacitor and a turning electric motor. FIG.
It is a figure which shows the flowchart of the starting sequence of the hybrid hydraulic excavator which concerns on 1st Embodiment of this invention.
It is a system block diagram of the main electric and hydraulic equipment of the hybrid hydraulic excavator which concerns on 2nd Embodiment of this invention.
It is a system block diagram of the main electric and hydraulic equipment of the hybrid hydraulic excavator which concerns on 3rd Embodiment of this invention.
It is a system block diagram of the main electric and hydraulic equipment of the hybrid hydraulic excavator which concerns on 4th Embodiment of this invention.
It is a system block diagram of the main electric and hydraulic equipment of the hybrid hydraulic excavator which concerns on 5th Embodiment of this invention.
이하, 건설 기계로서 유압 셔블을 예로 들어서 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 또한, 본 발명은, 선회체를 구비한 건설 기계 전반(작업 기계를 포함한다)에 적용이 가능해서, 본 발명의 적용은 유압 셔블에 한정되는 것이 아니다. 예를 들어, 본 발명은 선회체를 구비한 크레인 차 등, 그 밖의 건설 기계에도 적용가능하다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of this invention is described using a hydraulic excavator as an example of a construction machine. Moreover, since this invention is applicable to the whole construction machine (including a working machine) provided with a turning body, application of this invention is not limited to a hydraulic excavator. For example, the present invention is applicable to other construction machinery such as a crane car provided with a swinging structure.
본 발명의 제1 실시 형태에 의한 하이브리드식 유압 셔블의 측면도를 도 1에 도시한다. The side view of the hybrid hydraulic excavator which concerns on 1st Embodiment of this invention is shown in FIG.
도 1에 있어서, 하이브리드식 유압 셔블은 하부 주행체(10), 상부 선회체(20) 및 셔블 기구(30)를 구비하고 있다. In FIG. 1, the hybrid hydraulic excavator is provided with a
하부 주행체(10)는, 한 쌍의 크롤러(11a, 11b) 및 크롤러 프레임(12a, 12b)(도 1에서는 한쪽만을 도시한다), 각 크롤러(11a, 11b)를 독립하여 구동제어하는 한 쌍의 주행용 유압 모터(13, 14) 및 그 감속 기구 등으로 구성되어 있다. The
상부 선회체(20)는, 선회 프레임(21)과, 선회 프레임(21)상에 설치된, 원동기로서의 엔진(22)과, 엔진(22)에 의해 구동되는 어시스트 발전 모터(23)(충전장치)와, 선회용 전동 모터(25) 및 선회용 유압 모터(27)와, 어시스트 발전 모터(23) 및 선회용 전동 모터(25)에 접속되는 전기 이중층 캐패시터(24)와, 선회용 전동 모터(25)와 선회용 유압 모터(27)의 회전을 감속하는 감속 기구(26) 등으로 구성되고, 선회용 전동 모터(25)와 선회용 유압 모터(27)의 구동력이 감속 기구(26)를 통해서 전달되고, 그 구동력에 의해 하부 주행체(10)에 대하여 상부 선회체(20)(선회 프레임(21))를 선회 구동시킨다. The upper revolving
또한, 상부 선회체(20)에는 셔블 기구(프론트 장치)(30)가 탑재되어 있다. 셔블 기구(30)는, 붐(31)과, 붐(31)을 구동하기 위한 붐 실린더(32)와, 붐(31)의 선단부 근방에 회전 가능하게 축지지된 아암(33)과, 아암(33)을 구동하기 위한 아암 실린더(34)와, 아암(33)의 선단에 회전 가능하게 축지지된 버킷(35)과, 버킷(35)을 구동하기 위한 버킷 실린더(36) 등으로 구성되어 있다. In addition, a shovel mechanism (front device) 30 is mounted on the
또한, 상부 선회체(20)의 선회 프레임(21)상에는, 상술한 주행용 유압 모터(13, 14), 선회용 유압 모터(27), 붐 실린더(32), 아크 실린더(34), 버킷 실린더(36) 등의 유압 액추에이터를 구동하기 위한 유압 시스템(40)이 탑재되어 있다. 유압 시스템(40)은, 유압을 발생하는 유압원이 되는 유압 펌프(41)(도 2) 및 각 액추에이터를 구동제어하기 위한 컨트롤 밸브(42)(도 2)를 포함하고, 유압 펌프(41)는 엔진(22)에 의해 구동된다. In addition, on the turning
유압 셔블의 주요 전동·유압 기기의 시스템 구성을 도 2에 도시한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 엔진(22)의 구동력은 유압 펌프(41)에 전달된다. 컨트롤 밸브(42)는, 선회용의 조작 레버 장치(72)(도 3 참조)로부터의 선회 조작 지령(유압 파일럿 신호)에 따라, 선회용 유압 모터(27)에 공급되는 압유의 유량과 방향을 제어한다. 또 컨트롤 밸브(42)는, 선회 이외의 조작 레버 장치(73)(도 3 참조)로부터의 조작 지령(유압 파일럿 신호)에 따라, 붐 실린더(32), 아암 실린더(34), 버킷 실린더(36) 및 주행용 유압 모터(13, 14)에 공급되는 압유의 유량과 방향을 제어한다. The system structure of the main electric and hydraulic equipment of a hydraulic excavator is shown in FIG. As shown in FIG. 2, the driving force of the
전동 시스템은, 상술한 어시스트 발전 모터(23), 캐패시터(24) 및 선회용 전동 모터(25)와, 파워 컨트롤 유닛(55) 및 메인 콘택터(56) 등으로 구성되어 있다. 파워 컨트롤 유닛(55)은 초퍼(51), 인버터(52, 53), 평활 콘덴서(54) 등을 갖고, 메인 콘택터(56)는 메인 릴레이(57), 돌입 전류 방지 회로(58) 등을 갖고 있다. The electric system is composed of the assist electric
캐패시터(24)로부터의 직류 전력은 초퍼(51)에 의해 소정의 모선 전압으로 승압되어, 선회 전동 모터(25)를 구동하기 위한 인버터(52), 어시스트 발전 모터(23)를 구동하기 위한 인버터(53)에 입력된다. 평활 콘덴서(54)는, 모선 전압을 안정화시키기 위해서 설치된다. 선회 전동 모터(25)와 선회용 유압 모터(27)의 회전축은 결합되어, 감속 기구(26)를 통해서 상부 선회체(20)를 구동한다. 어시스트 발전 모터(23) 및 선회 전동 모터(25)의 구동 상태(역행하고 있는지 회생하고 있는지)에 의해, 캐패시터(24)를 충방전시킨다. DC power from the
컨트롤러(80)는, 선회 조작 지령 신호나, 압력 신호 및 회전 속도 신호 등(후술)을 사용하여, 컨트롤 밸브(42), 파워 컨트롤 유닛(55)에 대한 제어 지령을 생성하고, 유압 단독 선회 모드, 유압 전동 복합 선회 모드의 전환, 각 모드의 선회 제어, 전동 시스템의 이상 감시, 에너지 매니지먼트 등의 제어를 행한다. The
유압 셔블의 시스템 구성 및 제어 블록도를 도 3에 도시한다. 도 3에 도시하는 전동·유압 기기의 시스템 구성은 기본적으로 도 2와 같지만, 본 발명에 의한 선회 제어를 행하는 데도 필요한 디바이스나 제어 수단, 제어 신호 등을 상세하게 도시하고 있다. The system configuration and control block diagram of the hydraulic excavator is shown in FIG. Although the system configuration of the electric-hydraulic apparatus shown in FIG. 3 is basically the same as that of FIG. 2, the device, control means, control signal, etc. which are necessary also for performing turning control by this invention are shown in detail.
유압 셔블은, 엔진(22)을 시동하기 위한 이그니션 키(70)와, 작업중지시에 파일럿압 차단 밸브(76)를 ON으로 해서 유압 시스템의 작동을 불능 상태로 하는 게이트 로크 레버 장치(71)를 구비하고 있다. 또한, 유압 셔블은, 상술한 컨트롤러(80)와, 컨트롤러(80)의 입출력에 관계되는 유압·전기 변환 장치(74a, 74bL, 74bR), 전기·유압 변환 장치(75a, 75b, 75c, 75d) 및 유압 단독 선회 모드 고정 스위치(77)를 구비하고, 이들은 선회 제어 시스템을 구성한다. 유압·전기 변환 장치(74a, 74bL, 74bR)는 각각 예를 들어 압력 센서이며, 전기·유압 변환 장치(75a, 75b, 75c, 75d)는 예를 들어 전자기 비례 감압 밸브이다. The hydraulic excavator uses an
컨트롤러(80)는, 이상 감시·이상 처리 제어 블록(81), 에너지 매니지먼트 제어 블록(82), 유압 전동 복합 선회 제어 블록(83), 유압 단독 선회 제어 블록(84), 제어 전환 블록(85) 등으로 이루어진다. The
본디 시스템에 이상이 없고, 선회 전동 모터(25)가 구동 가능한 상태에서는, 컨트롤러(80)는 유압 전동 복합 선회 모드를 선택한다. 이때 제어 전환 블록(85)은 유압 전동 복합 선회 제어 블록(83)을 선택하고, 유압 전동 복합 선회 제어 블록(83)에 의해 선회 액추에이터 동작이 제어된다. 선회 조작 레버 장치(72)의 입력에 의해 발생되는 유압 파일럿 신호는 유압·전기 변환 장치(74a)에 의해 전기 신호로 변환되어, 유압 전동 복합 선회 제어 블록(83)에 입력된다. 선회 유압 모터(27)의 작동압은 유압·전기 변환 장치(74bL, 74bR)에 의해 전기 신호로 변환되어, 유압 전동 복합 선회 제어 블록(83)에 입력된다. 파워 컨트롤 유닛(55) 내의 전동 모터 구동용의 인버터로부터 출력되는 선회 모터 속도 신호도 유압 전동 복합 선회 제어 블록(83)에 입력된다. 유압 전동 복합 선회 제어 블록(83)은, 선회 조작 레버 장치(72)로부터의 유압 파일럿 신호와, 선회 유압 모터(27)의 작동압 신호 및 선회 모터 속도 신호에 기초해서 소정의 연산을 행해서 선회 전동 모터(25)의 지령 토크를 계산하고, 파워 컨트롤 유닛(55)에 토크 지령(EA)을 출력한다. 동시에, 전동 모터(25)가 출력하는 토크만큼, 유압 펌프(41)의 출력 토크 및 유압 모터(27)의 출력 토크를 감소시키는 토크 감소 지령(EB, EC)을 전기·유압 변환 장치 (75a ,75b)에 출력한다. In the state where there is no abnormality in a bond system and the turning
한편, 선회 조작 레버 장치(72)의 입력에 의해 발생되는 유압 파일럿 신호는 컨트롤 밸브(42)에도 입력되어, 선회 모터용의 스풀(61)(도 4 참조)을 중립 위치로부터 전환해서 유압 펌프(41)의 토출유를 선회용 유압 모터(27)에 공급하고, 유압 모터(27)도 동시에 구동한다. On the other hand, the hydraulic pilot signal generated by the input of the turning
전동 모터(25)가 가속시에 소비하는 에너지와 감속시에 회생하는 에너지의 차에 의해, 캐패시터(24)의 축전량이 증감하게 된다. 이것을 제어하는 것이 에너지 매니지먼트 제어 블록(82)이며, 어시스트 발전 모터(23)에 발전 또는 어시스트 지령(ED)을 내는 것에 의해, 캐패시터(24)의 축전량을 소정의 범위로 유지하는 제어를 행한다. The amount of power storage of the
전동 모터(25), 캐패시터(24), 파워 컨트롤 유닛(55) 등의 전동 시스템에 고장, 이상, 경고 상태가 발생한 경우나, 캐패시터(24)의 축전량이 소정의 범위 외에 이루어진 경우에는, 이상 감시·이상 처리 제어 블록(81) 및 에너지 매니지먼트 제어 블록(82)이 제어 전환 블록(85)을 전환해서 유압 단독 선회 제어 블록(84)을 선택하고, 유압 전동 복합 선회 모드로부터 유압 단독 선회 모드로의 전환을 행한다. 기본적으로 선회의 유압 시스템은, 전동 모터(25)와 협조해서 동작하도록 매칭되어 있으므로, 유압 단독 선회 제어 블록(84)은, 선회 구동 특성 보정 지령(EE)과 선회 파일럿압 보정 지령(EF)을 각각 전기·유압 변환 장치(75c, 75d)로 출력하고, 유압 모터(27)의 구동 토크를 증가시키는 보정과 유압 모터(27)의 제동 토크를 증가시키는 보정을 행함으로써, 전동 모터(25)의 토크가 없어도 선회 조작성이 손상되지 않도록 제어를 행한다. Abnormality monitoring when a failure, an abnormality, or a warning state occurs in an electric system such as the
유압 단독 선회 모드 고정 스위치(77)는, 전동 시스템의 고장시나, 특정한 어태치먼트 장착시 등, 어떠한 이유에서, 유압 단독 선회 모드에 고정하고 싶을 경우에 사용하는 것이며, 고정 스위치(77)가 ON 위치로 조작되면, 전환 제어 블록(85)은 유압 단독 선회 제어 블록(84)을 선택하도록 고정된다. The hydraulic single swing mode fixed
선회 유압 시스템의 상세를 도 4에 도시한다. 도 3과 같은 요소에는 동일한 부호를 부여하고 있다. 도 3의 컨트롤 밸브(42)는 액추에이터마다 스풀이라고 불리는 밸프 부품을 구비하고, 조작 레버 장치(72, 73)로부터의 지령(유압 파일럿 신호)에 따라서 대응하는 스풀이 변위함으로써 개구 면적이 변화되고, 각 스풀의 유로를 통과하는 압유의 유량이 변화된다. 도 4에 도시하는 선회 유압 시스템은, 선회용 스풀만을 포함하는 회로 부분을 추출한 것이다. The details of the swing hydraulic system are shown in FIG. The same code | symbol is attached | subjected to the element similar to FIG. The
선회 유압 시스템은, 선회용 유압 모터(27)의 최대 출력 토크가 제1 토크가 되는 제1 모드와, 선회용 유압 모터(27)의 최대 출력 토크가 제1 토크보다 큰 제2 토크가 되는 제2 모드로 변경가능하다. 이하에 그 상세를 설명한다. The swing hydraulic system includes a first mode in which the maximum output torque of the swing
도 4에 있어서, 선회 유압 시스템은, 전술한 유압 펌프(41) 및 선회용 유압 모터(27)와, 선회용 스풀(61)과, 선회용의 가변 오버로드 릴리프 밸브(62a, 62b)와, 선회 보조 밸브로서의 센터 바이패스 컷트 밸브(63)를 구비하고 있다. In Fig. 4, the swing hydraulic system includes the
유압 펌프(41)는 가변 용량 펌프이며, 토크 제어부(64a)를 구비한 레귤레이터(64)를 구비하고, 레귤레이터(64)를 동작시킴으로써 유압 펌프(41)의 틸팅각이 바뀌어서 유압 펌프(41)의 용량이 바뀌고, 유압 펌프(41)의 토출 유량과 출력 토크가 바뀐다. 도 3의 유압 전동 복합 선회 제어 블록(83)으로부터 전기·유압 변환 장치(75a)로 토크 감소 지령(EB)이 출력되면, 전기·유압 변환 장치(75a)는 대응하는 제어 압력을 레귤레이터(61)의 토크 제어부(64a)에 출력하고, 토크 제어부(64a)는, 전동 모터(25)가 출력하는 토크만큼, 유압 펌프(41)의 최대 출력 토크가 감소하도록 토크 제어부(64a)의 설정을 변경한다. The
유압 펌프(41)의 토크 제어 특성을 도 5에 도시한다. 횡축은 유압 펌프(41)의 토출 압력, 종축은 유압 펌프(41)의 용량을 도시한다. 실선(PT, PTS)의 특성은 유압 펌프(41)가 출력할 수 있는 최대 토크를 도시한다. The torque control characteristic of the
유압 전동 복합 선회 모드가 선택되고, 전기·유압 변환 장치(75a)로 토크 감소 지령(EB)이 출력되어 있을 때는, 전기·유압 변환 장치(75a)는 제어 압력을 발생하고, 이때 제어부(64a)의 설정은, 실선(PTS)보다 최대 출력 토크가 감소한 실선(PT)의 특성에 있다(제1 모드). 유압 단독 선회 모드가 선택되고, 전기·유압 변환 장치(75a)로 토크 감소 지령(EB)이 출력되지 않고 있을 때는, 토크 제어부(64a)의 설정은 실선(PTS)의 특성으로 변화되어(제2 모드), 유압 펌프(41)의 최대 출력 토크는, 사선으로 도시하는 면적만큼 증가한다. When the hydraulic-electric combined swing mode is selected and the torque reduction command EB is output to the electric-
도 4로 돌아가, 선회용 스풀(61)은 A, B, C의 3 위치를 갖고, 조작 레버 장치(72)로부터의 선회 조작 지령(유압 파일럿 신호)을 받아서 중립 위치(B)로부터 A 위치 또는 C 위치로 연속적으로 바뀐다. Returning to Fig. 4, the
조작 레버 장치(72)는 파일럿 유압원(29)으로부터의 압력을 레버 조작량에 따라서 감압하는 감압 밸브를 내장하고, 레버 조작량에 따른 압력(유압 파일럿 신호)을 선회용 스풀(61)의 좌우 어느 하나의 압력실에 부여한다. The
선회용 스풀(61)이 중립 위치(B)에 있을 때는, 유압 펌프(41)로부터 토출되는 압유는 블리드 오프 조리개를 통과하고, 또한 센터 바이패스 컷트 밸브(63)를 통과해서 탱크로 복귀된다. 선회용 스풀(61)이 레버 조작량에 따른 압력(유압 파일럿 신호)을 받아서 A 위치로 바뀌면, 유압 펌프(41)로부터의 압유는 A 위치의 미터 인 조리개를 통과해서 선회용 유압 모터(27)의 우측으로 보내지고, 선회용 유압 모터(27)로부터의 복귀 오일은 A 위치의 미터 아웃 조리개를 통과해서 탱크로 복귀되고, 선회용 유압 모터(27)는 1 방향으로 회전한다. 반대로, 선회용 스풀(61)이 레버 조작량에 따른 압력(유압 파일럿 신호)을 받아서 C 위치로 바뀌면, 유압 펌프(41)로부터의 압유는 C 위치의 미터 인 조리개를 통과해서 선회용 유압 모터(27)의 좌측으로 보내지고, 선회용 유압 모터(27)로부터의 복귀 오일은 C 위치의 미터 아웃 조리개를 통과해서 탱크로 복귀되고, 선회용 유압 모터(27)는 A 위치의 경우와는 역방향으로 회전한다. When the turning
선회용 스풀(61)이 B 위치와 A 위치의 중간에 위치하고 있을 때는, 유압 펌프(41)로부터의 압유는 블리드 오프 조리개와 미터 인 조리개로 분배된다. 이때, 미터 인 조리개의 입구측에는 블리드 오프 조리개의 개구 면적과 센터 바이패스 컷트 밸브(63)의 개구 면적에 따른 압력이 생기고, 그 압력으로 선회용 유압 모터(27)에 압유가 공급되고, 그 압력(블리드 오프 조리개의 개구 면적)에 따른 작동 토크가 주어진다. 또한, 선회용 유압 모터(27)로부터의 배출 오일은 그때의 미터 아웃 조리개의 개구 면적에 따른 저항을 받아서 배압이 생기고, 미터 아웃 조리개의 개구 면적에 따른 제동 토크가 발생한다. B 위치와 C 위치의 중간에 있어서도 같다. When the swinging
조작 레버 장치(72)의 조작 레버를 중립 위치로 복귀시키고, 선회용 스풀(61)을 중립 위치(B)로 복귀시켰을 때, 상부 선회체(20)는 관성체이기 때문에, 선회용 유압 모터(27)는 그 관성으로 회전을 계속하려고 한다. 이때, 선회용 유압 모터(27)로부터의 배출 오일의 압력(배압)이 선회용의 가변 오버로드 릴리프 밸브(62a 또는 62b)의 설정 압력을 초과하려고 할 때는, 오버로드 릴리프 밸브(62a 또는 62b)가 작동해서 압유의 일부를 탱크로 물러나게 함으로써 배압의 상승을 제한하고, 오버로드 릴리프 밸브(62a 또는 62b)의 설정 압력에 따른 제동 토크를 발생한다. When the operating lever of the operating
도 6a는, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 선회용 스풀(61)의 미터 인 개구 면적 특성 및 블리드 오프 개구 면적 특성을 도시하는 도면이며, 도 6b는 동 미터 아웃 개구 면적 특성을 도시하는 도면이다. FIG. 6: A is a figure which shows the meter in opening area characteristic and the bleed-off opening area characteristic of the turning
도 6a에 있어서, 실선(MI)이 미터 인 개구 면적 특성이며, 실선(MB)이 블리드 오프 개구 면적 특성이며, 모두 본 실시 형태의 것이다. 2점 쇄선(MB0)은, 전동 모터를 사용하지 않는, 종래의 유압 셔블에 있어서 양호한 조작성을 확보할 수 있는 블리드 오프 개구 면적 특성이다. 본 실시 형태의 블리드 오프 개구 면적 특성(MB)은, 제어 영역 개시점 및 종점은 종래의 것과 동일하지만, 중간 영역에서는 종래의 것에 비해 자유롭게 개방되도록(큰 개구 면적이 되도록) 설계되어 있다. In FIG. 6A, the solid line MI is an opening area characteristic of meters, and the solid line MB is a bleed-off opening area characteristic, all of which are present embodiments. The dashed-dotted line MB0 is a bleed-off opening area characteristic which can ensure good operability in the conventional hydraulic excavator which does not use an electric motor. The bleed-off opening area characteristic MB of the present embodiment is designed so that the control region start point and the end point are the same as those of the conventional one, but are freely opened (to have a large opening area) in the middle region as compared with the conventional one.
도 6b에 있어서, 실선(MO)이 본 실시 형태의 미터 아웃 개구 면적 특성이며, 2점 쇄선(MO0)이 전동 모터를 사용하지 않는, 종래의 유압 셔블에 있어서 양호한 조작성을 확보할 수 있는 미터 아웃 개구 면적 특성이다. 본 실시 형태의 미터 아웃 개구 면적 특성(MO)은, 제어 영역 개시점 및 종점은 종래의 것과 동일하지만, 중간 영역에서는 종래의 것에 비해 자유롭게 개방되도록(큰 개구 면적이 되도록) 설계되어 있다. 6B, the solid line MO is the meter out opening area characteristic of this embodiment, and the two-dot chain line MO0 does not use an electric motor, and the meter out which can ensure favorable operability in the conventional hydraulic shovel. Opening area characteristic. The meter-out opening area characteristic MO of this embodiment is designed so that a control area start point and an end point may be the same as the conventional one, but open freely (it becomes a large opening area) compared with the conventional one in a middle area.
도 7은, 유압 파일럿 신호(조작 파일럿압)에 대한 선회용 스풀(61)의 미터 인 조리개와 센터 바이패스 컷트 밸브(63)의 합성 개구 면적 특성을 도시하는 도면이다. FIG. 7: is a figure which shows the combined opening area characteristic of the meter-in aperture of the turning
유압 전동 복합 선회 모드가 선택되어 있을 때는, 선회 구동 특성 보정 지령(EE)은 출력되지 않기 때문에, 센터 바이패스 컷트 밸브(63)는 도시의 개방 위치에 있어, 선회용 스풀(61)의 미터 인 조리개와 센터 바이패스 컷트 밸브(63)의 합성 개구 면적 특성은, 도 6a의 블리드 오프 개구 면적 특성(MB)에 의해서만 결정되는 점선(MBC)의 특성이 된다(제1 모드). Since the swing drive characteristic correction command EE is not output when the hydraulic-electric hybrid swing mode is selected, the center bypass cut
유압 단독 선회 모드가 선택되었을 때는, 전술한 바와 같이 전기·유압 변환 장치(75c)에 선회 구동 특성 보정 지령(EE)이 출력되고, 전기·유압 변환 장치(75c)는 대응하는 제어 압력을 센터 바이패스 컷트 밸브(63)의 수압부로 출력하고, 센터 바이패스 컷트 밸브(63)는 도면 우측의 좁은 위치로 절환된다. 이 센터 바이패스 컷트 밸브(63)의 전환에 의해, 선회용 스풀(61)의 유압 파일럿 신호에 대한 선회용 스풀(61)의 미터 인 조리개와 센터 바이패스 컷트 밸브(63)의 합성 개구 면적 특성은 점선(MBC)의 특성보다 합성 개구 면적이 작은 실선(MBS)의 특성으로 변경된다(제2 모드). 이 실선(MBS)의 합성 개구 면적 특성은 종래의 유압 셔블에 있어서 양호한 조작성을 확보할 수 있는 도 6a에 도시하는 블리드 오프 개구 면적 특성(MB0)과 동등하다. When the hydraulic single swing mode is selected, the swing drive characteristic correction command EE is output to the electric-
도 8은, 유압 전동 복합 선회 모드에서의 선회 구동시에 있어서의 유압 파일럿 신호(파일럿압), 미터 인 압력(M/I압), 선회 전동 모터(25)의 어시스트 토크, 상부 선회체(20)의 회전 속도(선회 속도)의 시계열 파형을 도시하는 도면이다. 파일럿압 0, 선회 정지 상태로부터 시간 T=T1 내지 T4에서 파일럿압 최대까지 램프 형상으로 유압 파일럿 신호를 증가시켰을 경우의 예이다. 8 shows hydraulic pilot signals (pilot pressure), meter-in pressure (M / I pressure), assist torque of the swing
유압 전동 복합 선회 모드가 선택되어 있을 때는, 도 7의 점선(MBC)으로 도시한 바와 같이 선회용 스풀(61)의 미터 인 조리개와 센터 바이패스 컷트 밸브(63)의 합성 개구 면적 특성은 도 6a의 블리드 오프 개구 면적 특성(MB)에 의해서만 정해지는 특성이 되기 때문에, 종래에 비해 블리드 오프 조리개의 개구 면적이 큰만큼, 본 실시 형태 쪽이 미터 인 압력(M/I)은 낮아진다. 미터 인 압력은 선회 유압 모터(27)의 작동 토크(가속 토크)에 상당하므로, 미터 인 압력이 낮아진 만큼만 가속 토크를 전동 모터(25)에 의해 부여할 필요가 있다. 도 8에서는 역행측의 어시스트 토크를 정(正)이라고 하고 있다. 본 실시 형태에서는, 전동 모터(25)의 어시스트 토크와 선회용 스풀(61)에 의해 발생하는 미터 인 압력에 유래하는 가속 토크의 합계치가, 종래형의 유압 셔블에서 발생하는 가속 토크와 거의 동등해지도록 제어한다. 이에 의해 상부 선회체(20)의 선회 속도는 종래형의 유압 셔블과 동등한 가속 휠링을 갖는 것이 가능해진다. When the hydraulic-electric combined swing mode is selected, the composite aperture area characteristics of the meter-in aperture and center bypass cut
한편, 유압 단독 선회 모드가 선택되었을 때는, 선회용 스풀(61)의 미터 인 조리개와 센터 바이패스 컷트 밸브(63)의 합성 개구 면적 특성은, 도 7의 점선(MBC)보다 합성 개구 면적이 작은 실선(MBS)의 특성으로 변경되기 때문에, 선회용 스풀(61)에 의해 발생하는 미터 인 압력은, 도 8에 도시하는 종래의 유압 셔블에서 얻어지는 실선의 미터 인 압력까지 상승하고, 선회용 스풀(61)에 의해 발생하는 미터 인 압력에 유래하는 가속 토크가, 종래형의 유압 셔블에서 발생하는 가속 토크와 거의 동등해지도록 제어된다. 이에 의해 상부 선회체(20)의 선회 속도는 종래형의 유압 셔블과 동등한 가속 휠링을 갖는 것이 가능해진다. On the other hand, when the hydraulic single swing mode is selected, the composite aperture area characteristics of the meter-in aperture of the
또한, 유압 모터(27) 단독으로 선회 가능한 것은, 선회 유압 모터(27)의 최대 출력 토크 쪽이, 선회 전동 모터(25)의 최대 출력 토크보다 크다고 하는 것이다. 이것은, 유압 전동 복합 선회 모드에 있어서, 만일, 전동 모터(25)가 의도하지 않는 움직임을 하였다고 해도 유압 회로가 정상이면, 그 정도 위험한 움직임이 안되는 것을 의미하고, 본 발명은 안전성에 있어서도 유리하다. In addition, what can be rotated by the
도 9는, 유압 파일럿 신호(조작 파일럿압)에 대한 선회용 스풀(61)의 미터 아웃 개구 면적 특성을 도시하는 도면이다. 9 is a diagram showing the meter out opening area characteristic of the swinging
유압 전동 복합 선회 모드가 선택되어 있는 때는, 선회 파일럿압 보정 지령(EF)은 출력되지 않기 때문에, 선회용 스풀(61)의 미터 아웃 개구 면적 특성은 도 6b의 미터 아웃 개구 면적 특성(MO)과 같은 변화를 나타내는 점선(MOC)의 특성이 된다(제1 모드). Since the hydraulic pilot pressure correction command EF is not output when the hydraulic-electric combined swing mode is selected, the meter out opening area characteristic of the
유압 단독 선회 모드가 선택되었을 때는, 전술한 바와 같이 도 3의 전기·유압 변환 장치(75d)(도 4의 전기·유압 변환 장치(75dL, 75dR)) 선회 파일럿압 보정 지령(EF)이 출력되고, 전기·유압 변환 장치(75d)는 조작 레버 장치(72)에서 생성된 유압 파일럿 신호(조작 파일럿압)를 감압 보정한다. 이 유압 파일럿 신호의 보정에 의해, 선회용 스풀(61)의 유압 파일럿 신호에 대한 미터 아웃 개구 면적 특성은, 도 9의 점선(MOC)의 특성에 대하여 중간 영역에 있어서의 개구 면적이 감소한 실선(MOS)의 특성으로 변경된다(제2 모드). 이 실선(MOS)의 개구 면적 특성은 종래의 유압 셔블에 있어서 양호한 조작성을 확보할 수 있는 도 6b에 도시하는 미터 아웃 개구 면적 특성(MO0)과 동등하다. When the hydraulic single swing mode is selected, the swing pilot pressure correction command EF is output as described above with the electric /
도 10은, 유압 전동 복합 선회 모드에서의 선회 제동 정지시에 있어서의 유압 파일럿 신호(파일럿압), 미터 아웃 압력(M/O압), 선회 전동 모터(25)의 어시스트 토크, 상부 선회체(20)의 회전 속도(선회 속도)의 시계열 파형을 도시하는 도면이다. 파일럿압 최대, 최고 선회 속도로부터 시간 T=T5 내지 T9로 파일럿압 0까지 램프 형상으로 유압 파일럿 신호를 저감시켰을 경우의 예이다. 10 shows hydraulic pilot signals (pilot pressure), meter out pressure (M / O pressure), assist torque of the swing
유압 전동 복합 선회 모드가 선택되어 있을 때는, 도 9의 점선(MOC)으로 도시한 바와 같이 선회용 스풀(61)의 유압 파일럿 신호에 대한 미터 아웃 개구 면적 특성은 도 6b의 미터 아웃 개구 면적 특성(MO)과 같은 변화되는 특성으로 되기 때문에, 도 6b에 도시한 바와 같이 종래에 비해 미터 아웃 조리개의 개구 면적이 큰만큼, 본 실시 형태 쪽이 미터 아웃 압력(M/O압)은 낮아진다. 미터 아웃 압력은 브레이크 토크(제동 토크)에 상당하므로, 미터 아웃 압력이 낮아진 만큼만 브레이크 토크를 전동 모터(25)에 의해 부여할 필요가 있다. 도 10에서는 회생측의 어시스트 토크를 부(負)라고 하고 있다. 본 실시 형태에서는, 전동 모터(25)의 어시스트 토크와 선회용 스풀(61)에 의해 발생하는 미터 아웃 압력에 유래하는 브레이크 토크의 합계치가 종래형의 유압 셔블에서 발생하는 브레이크 토크와 거의 동등해지도록 제어한다. 이에 의해 상부 선회체(20)의 선회 속도는 종래형의 유압 셔블 동등의 감속 휠링을 갖는 것이 가능해진다. When the hydraulic electric hybrid swing mode is selected, the meter out opening area characteristic of the hydraulic pilot signal of the
한편, 유압 단독 선회 모드가 선택되었을 때는, 선회용 스풀(61)의 유압 파일럿 신호에 대한 미터 아웃 개구 면적 특성은, 도 9의 점선(MOC)의 특성에 대하여 중간 영역에 있어서의 개구 면적이 감소한 실선(MOS)의 특성으로 변경되기 때문에, 선회용 스풀(61)에 의해 발생하는 미터 아웃 압력은, 도 10에 도시하는 종래의 유압 셔블에서 얻어지는 실선의 미터 아웃 압력까지 상승하고, 선회용 스풀(61)에 의해 발생하는 미터 아웃 압력에 유래하는 브레이크 토크가, 종래형의 유압 셔블에서 발생하는 브레이크 토크와 거의 동등해지도록 제어되고, 상부 선회체(20)의 선회 속도는 종래형의 유압 셔블과 동등의 감속 휠링을 갖는 것이 가능해진다. On the other hand, when the hydraulic single swing mode is selected, the meter-out opening area characteristic of the hydraulic pilot signal of the swinging
도 11은, 선회용의 가변 오버로드 릴리프 밸브(62a, 62b)의 릴리프압 특성을 도시하는 도면이다. FIG. 11: is a figure which shows the relief pressure characteristic of the variable
유압 전동 복합 선회 모드가 선택되고, 도 3의 전기·유압 변환 장치(75b)(도 4의 전·유압 변환 장치(75bL, 75bR))에서 토크 감소 지령(EC)이 출력되어 있을 때는, 전기·유압 변환 장치(75b)는 제어 압력을 생성하고, 그 제어 압력이 가변 오버로드 릴리프 밸브(62a, 62b)의 설정 압력 감소측에 작용하고, 가변 오버로드 릴리프 밸브(62a, 62b)의 릴리프 특성은 릴리프압이 Pmax1인 실선(SR)의 특성이 된다(제1 모드). 유압 단독 선회 모드가 선택되고, 전기·유압 변환 장치(75b)(도 4의 전기·유압 변환 장치(75bL, 75bR))에서 토크 감소 지령(EC)이 출력되지 않고 있을 때는, 전기·유압 변환 장치(75b)는 제어 압력을 생성하지 않기 때문에, 가변 오버로드 릴리프 밸브(62a, 62b)의 릴리프 특성은, 릴리프압이 Pmax1로부터 Pmax2로 상승한 실선(SRS)의 특성이 되고(제2 모드), 제동 토크는, 릴리프압이 높아진 만큼, 증가한다. When the hydraulic-electric combined swing mode is selected and the torque reduction command EC is output from the electric /
이에 의해 유압 전동 복합 선회 모드가 선택되었을 때는, 가변 오버로드 릴리프 밸브(62a, 62b)의 릴리프압은 Pmax2보다 낮은 Pmax1으로 설정되기 때문에, 조작 레버 장치(72)의 조작 레버를 중립 위치로 복귀시켰을 때에, 선회용 유압 모터(27)로부터의 배출 오일의 압력(배압)은 가변 오버로드 릴리프 밸브(62a, 62b)의 조금 낮은 설정 압력인 Pmax1까지 상승하고, 전동 모터(25)의 어시스트 토크와 가변 오버로드 릴리프 밸브(62a 또는 62b)에 의해 발생하는 배압에 유래하는 브레이크 토크의 합계치가 종래형의 유압 셔블에서 발생하는 브레이크 토크와 거의 동등해지도록 제어되고, 상부 선회체(20)의 선회 속도는 종래형의 유압 셔블 동등의 감속 휠링을 갖는 것이 가능해진다. When the hydraulic-electric combined swing mode is selected by this, since the relief pressure of the variable
또한, 유압 단독 선회 모드가 선택되었을 때는, 가변 오버로드 릴리프 밸브(62a, 62b)의 릴리프압은 Pmax1보다 높은 Pmax2로 설정되기 때문에, 조작 레버 장치(72)의 조작 레버를 중립 위치에 복귀시켰을 경우에, 선회용 유압 모터(27)로부터의 배출 오일의 압력(배압)은 가변 오버로드 릴리프 밸브(62a, 62b)의 높은 쪽의 설정 압력인 Pmax2까지 상승하고, 가변 오버로드 릴리프 밸브(62a 또는 62b)에 의해 발생하는 배압에 유래하는 브레이크 토크가, 종래형의 유압 셔블에서 발생하는 브레이크 토크와 거의 동등해지도록 제어되고, 상부 선회체(20)의 선회 속도는 종래형의 유압 셔블과 동등의 감속 휠링을 갖는 것이 가능해진다. In addition, when the hydraulic single swing mode is selected, since the relief pressures of the variable
도 12에 컨트롤러(80)의 이상 감시·이상 처리 제어 블록(81)에 의한 유압 전동 복합 선회 모드로부터 유압 단독 선회 모드로의 전환 시퀀스를 도시한다. 12 shows a sequence of switching from the hydraulic-electric combined swing mode to the hydraulic single swing mode by the abnormality monitoring / abnormal
이상 감시·이상 처리 제어 블록(81)은, 전동 모터(25), 캐패시터(24), 파워 컨트롤 유닛(55) 등의 전동 시스템에 고장, 이상, 경고 상태가 발생한 경우에, 그 것을 알리는 신호(이하 에러 신호라고 한다)가 파워 컨트롤 유닛(55)으로부터 통지 되었는지 여부를 판정하고(스텝 S100), 에러 신호가 통지되면, 그것이 긴급 대응을 필요로 하는 에러 신호인지 여부를 또한 판정한다(스텝 S110). 모드 전환 시에는, 유압 시스템의 밸브의 전환 동작 등에 의해 가벼운 쇼크가 발생할 가능성이 있어서, 에러 신호의 내용이 심각하지 않고, 즉시 전환하는 긴급성이 없는 경우에는, 모드 전환 가능한 타이밍인가 아닌가를 판정하고(스텝 S120), 선회체(20)의 동작 및 선회용의 조작 레버 장치(72)의 입력이 행해지지 않는 타이밍, 혹은, 선회체(20) 이외의 장치인 주행, 프론트의 동작 및 그들의 조작 레버 장치(73)의 입력도 포함시키고, 조작이 완전히 행해지지 않고 있는 아이들링 시 등으로 전환을 행한다(스텝 S130). 인버터의 과전류 이상 등, 시스템을 손상시킬 우려나 중대한 고장이나 재해로 연결될 우려가 있는 이상에 대해서는, 조작 중이어도, 즉시 전동 시스템을 정지시켜, 유압 단독 선회 모드로 전환한다(스텝 S110→S130). The abnormality monitoring / abnormal
도 13에 컨트롤러(80)의 이상 감시·이상 처리 제어 블록(81)에 의한 유압 단독 선회 모드로부터 유압 전동 복합 선회 모드로의 복귀 시퀀스를 도시한다. FIG. 13 shows a return sequence from the hydraulic single swing mode to the hydraulic-electric combined swing mode by the abnormality monitoring / abnormal
이상 감시·이상 처리 제어 블록(81)은, 도 12의 흐름도에서 도시하는 처리에 의해 유압 단독 선회 모드로 전환했을 경우, 우선, 유압 단독 선회 제어중에 소정의 에러 신호해소 처리를 행한다(스텝 S150). 에러 신호해소 처리에서는, 에러 신호의 발생이 예를 들어 과전압 상태나 과온 상태에 의한 것이었을 경우, 그 상태가 해소될 때까지 대기하는 등의 처리를 행한다. 계속해서, 에러 신호가 해소되었는지 아닌지를 판정하고(스텝 S160), 에러 신호해소 처리에 의해, 혹은 자연히 에러 신호가 해소된 경우에는, 또한 모드 전환 가능한 타이밍인지 아닌지를 판정하고(스텝 S170), 선회 동작 및 조작이 행해지지 않는 타이밍, 혹은, 프론트도 포함하여 조작이 완전히 행해지지 않은 아이들링 시 등에 유압 전동 복합 선회 모드로의 전환(복귀 동작)을 행한다(스텝 S180). When the abnormality monitoring / abnormal
본 발명에 의한 전환 가능한 2개의 선회 모드를 갖는 유압 셔블이 특히 유효한 것은 기계의 기동시이다. 통상의(유압 선회 모터만을 갖는다) 유압 셔블의 기동 시퀀스를 도 14에 도시한다. 이그니션 키를 온으로부터 스타트 위치로 하고, 엔진, 유압 펌프를 기동시켜, 게이트 로크 레버를 해제하면 즉시 선회를 포함하는 전 유압 액추에이터가 동작가능한 상태로 된다. The hydraulic excavator having two switchable swing modes according to the present invention is particularly effective at the start of the machine. The starting sequence of a normal (having only hydraulic swing motor) hydraulic excavator is shown in FIG. When the ignition key is set to the start position from the on position, the engine and the hydraulic pump are started, and the gate lock lever is released to immediately operate the all-hydraulic actuator including the swing.
선회 구동에 전동 모터와 유압 모터를 사용하고, 축전 디바이스에 캐패시터를 사용한 종래의 하이브리드식 유압 셔블의 기동 시퀀스를 도 15에 도시한다. 도면 중, 점선내가 컨트롤러의 처리이다. 종래의 하이브리드식 유압 셔블의 경우, 엔진, 유압 펌프를 기동해도, 캐패시터에 충분한 축전량이 없을 경우, 즉시 선회 동작을 행할 수는 없다. 캐패시터는 용량이 작고, 몇 일간, 기계를 동작시키지 않으면 자연 방전에 의해 선회 구동을 행하는 데도 필요한 축전량을 확보할 수 없게 될 가능성이 있다. 그로 인해, 기계기동시에, 우선 초기 충전이 필요해지고(스텝 S200 내지 S240), 충전이 완료할 때까지 오퍼레이터는 대기할 필요가 발생한다. Fig. 15 shows a start sequence of a conventional hybrid hydraulic excavator using an electric motor and a hydraulic motor for swing driving, and a capacitor for the power storage device. In the figure, the dotted line is the processing of the controller. In the conventional hybrid hydraulic excavator, even when the engine and the hydraulic pump are started, if the capacitor does not have a sufficient amount of power storage, the turning operation cannot be performed immediately. The capacitor has a small capacity, and if the machine is not operated for several days, there is a possibility that it is impossible to secure the amount of power storage required for turning drive by natural discharge. Therefore, at the time of machine start-up, initial charging is first required (steps S200 to S240), and the operator needs to wait until the charging is completed.
본 발명의 하이브리드식 유압 셔블의 기동 시퀀스를 도 16에 도시한다. 도면 중, 점선내가 컨트롤러(80)의 에너지 매니지먼트 제어부(82)의 처리이다. 본 발명의 하이브리드식 유압 셔블에 있어서는, 전기적으로 어떤 상태이어도, 에너지 매니지먼트 제어부(82)는 초기 설정으로서 유압 단독 선회 제어 블록(84)을 선택함으로써 유압 단독 선회 모드로 설정한다(스텝 S300). 이에 의해 오퍼레이터가 게이트 로크 레버 장치(71)를 로크 위치로부터 로크 해제 위치로 조작해서 파일럿압 차단 밸브(76)를 OFF로 함으로써, 유압 셔블은 즉시 동작가능한 상태로 된다. 오퍼레이터가 유압 셔블을 조작하고, 작업을 행하고 있는 사이에, 에너지 매니지먼트 제어부(82)는 백그라운드에서 충전이나 방전 제어 등을 행하고(스텝 S310 내지 S350), 선회 전동 모터가 구동 가능한 상태로 된 후에, 모드 전환 가능한 타이밍인 것을 확인해서(스텝 S360) 유압 전동 복합 선회 모드로 전환한다(스텝 S370). The starting sequence of the hybrid hydraulic excavator of the present invention is shown in FIG. In the figure, the dotted line is the process of the energy
에너지 매니지먼트 제어부(82)에 의한 충전·방전 제어는 다음과 같이 행한다. 우선, 파워 컨트롤 유닛(55)을 기동하고(스텝 S310), 인버터(52, 53) 및 평활 콘덴서(54)의 초기 충전 처리와 메인 콘택터(56)의 접속 처리를 행한다(스텝 S320). 계속해서, 캐패시터(24)가 규정 전압에 있는지 여부를 판정하고(스텝 S330), 캐패시터(34)가 규정 전압 이하이면 어시스트 발전 모터(23)로 발전 지령을 출력해서 캐패시터 충전 제어를 행하고, 규정 전압 이상이면 초퍼(51)를 제어해서 도시하지 않은 그리드 저항을 통해서 캐패시터 방전 제어를 행한다(스텝 S340). 캐패시터(24)가 규정 전압이 되면 유압 전동 복합 선회 모드의 준비 완료 상태로 한다(스텝 S350). Charge and discharge control by the energy
이상과 같이 본 실시 형태에 따르면, 선회체(20)의 구동용으로서, 유압 모터(27)와 전동 모터(25) 양쪽을 구비하고, 유압 모터(27)와 전동 모터(25)의 양쪽 토크에서 선회 구동하는 모드(유압 전동 복합 선회 모드)와, 유압 모터(27) 단독으로 선회 구동하는 모드(유압 단독 선회 모드)의 전환가능한 구성으로 함으로써, 유압 전동 복합 선회 모드에 있어서는, 예를 들어, 압박 굴삭 등의 유압 액추에이터 특유의 작업 동작, 유압 액추에이터 특유의 조작감을 실현하는 동시에, 제동(감속) 시에는, 전동 모터(25)에 의해 선회체(20)의 운동 에너지를 회생함으로써, 에너지 절약화를 실현할 수 있다. 또한, 회생한 전기 에너지를 축전하기 위해서 캐패시터(24)의 에너지 잔량이 부족할 경우, 과충전의 경우나, 전동 시스템에 고장, 이상, 경고가 발생했을 경우에 있어서는, 유압 단독 선회 모드로 전환하는 것에 의해, 유압 모터(27) 단독에 의해 정상의 선회 토크로 구동할 수 있고, 유압 셔블로서의 작업을 계속할 수 있다. 또한, 시동시에 있어서, 캐패시터(24)의 에너지 잔량이 부족해도 즉시 작업을 개시하는 것이 가능해진다. As described above, according to the present embodiment, both the
도 17에 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 하이브리드식 유압 셔블의 주요 전동·유압 기기의 시스템 구성을 도시한다. 도 2에 도시한 제1 실시 형태에서는, 엔진(22)의 구동축에 연결된 어시스트 발전 모터(23)를 사용하고 있었지만, 본 실시 형태에서는, 그 구성에 대신하여, 유압 펌프(41)의 토출유에 의해 구동되는 유압 모터(101)와, 이 유압 모터(101)의 구동축에 연결된 발전 기능을 갖는 전동 모터(100)(충전장치)를 사용한 것이다. 또한, 축전 디바이스로서는, 전기 이중층 캐패시터(24) 이외에, 리튬 이온 캐패시터, 리튬 이온 전지, 니켈 수소 전지 등, 모든 축전 디바이스가 사용가능하고, 도 17에 도시하는 실시 형태에서는, 리튬 이온 전지 등의 배터리(103)를 사용하여 구성하고 있다. FIG. 17 shows a system configuration of main electric / hydraulic devices of the hybrid hydraulic excavator according to the second embodiment of the present invention. In the first embodiment shown in FIG. 2, the assist
도 18에 본 발명의 제3 실시 형태에 의한 하이브리드식 유압 셔블의 주요 전동·유압 기기의 시스템 구성을 도시한다. 본 실시 형태에서는, 캐패시터(24)의 초기 충전을 행하기 위해서, 올터네이터(110) 및 전장용 배터리(111)를 포함하는 전장계 배터리 라인으로부터 DC/DC 컨버터(112)를 사용해서 승압하는 구성으로 한 것이다. 단, 이 경우, 캐패시터(24)에 잉여 에너지가 발생했을 때에 전장계 배터리 라인에 자유롭게 에너지를 내놓을 수 없기 때문에, 에너지 매니지먼트 제어부(82)는, 선회 동작의 가감속만으로 캐패시터 축전량을 어느 정도 일정화하도록 제어할 필요가 있다. The system structure of the main electric and hydraulic equipment of the hybrid hydraulic excavator which concerns on FIG. 18 at 3rd Embodiment of this invention is shown. In this embodiment, in order to perform initial charge of the
도 19 및 도 20에 본 발명의 제4 및 제5 실시 형태에 의한 하이브리드식 유압 셔블의 주요 전동·유압 기기의 시스템 구성을 도시한다. 19 and 20 show the system configuration of main electric / hydraulic equipment of the hybrid hydraulic excavator according to the fourth and fifth embodiments of the present invention.
지금까지의 실시 형태에서는, 원동기로서 엔진(22)을 사용한 유압 셔블을 도시했지만, 다른 원동기, 예를 들어, 전동 모터를 사용한 유압 셔블에 본 발명을 적용해도 문제는 없다. 도 19에 도시하는 실시 형태에서는, 상용 교류 전원(121)으로부터의 교류 전력에서 구동되는 전동 모터(120)를 사용한 유압 셔블, 도 20에 도시하는 실시 형태에서는, 대용량 배터리(130)로 구동되는 전동 모터(120)를 사용한 유압 셔블의 시스템 구성도를 도시한다. 도 19에 도시하는 실시 형태에서는, 도 18의 실시 형태와 마찬가지로, 캐패시터(24)의 초기 충전을 행하기 위해서, 상용 교류 전원(121)으로부터 DC/DC 컨버터(122)를 사용해서 승압한다. Although the hydraulic excavator which used the
원동기로서 전동 모터(120)를 사용한 유압 셔블에 대하여 본 발명을 적용할 때에 주의해야 할 것은, 전력 라인이나 파워 컨트롤 유닛을 선회용 전동 모터와 원동기용 전동 모터로 공용하면, 이들의 고장이 일어났을 경우에, 유압 단독 선회 모드에서의 동작조차 할 수 없게 될 가능성이 있다는 것이다. When applying the present invention to the hydraulic excavator using the
도 19에 도시하는 실시 형태에서는, 메인 전동 모터(120)를 3상 교류 유도 모터로 해서 상용 전원(121)의 3상 교류에 의해 직접 구동하고, 캐패시터(24)에 축전된 에너지를 사용하는 선회용 전동 모터(25)와는 별개의 파워 공급 라인으로 하고 있다. 도 20에 도시하는 실시 형태에서는, 파워 컨트롤 유닛(132, 133)을 메인과 선회로 별도로 하고, 선회 전동 모터(25)나 선회용 파워 컨트롤 유닛(133)에 단락 고장 등의 이상이 발생한 경우에는, 선회 전동부 차단 릴레이(134)에 의해 분리시키는 것에 의해, 유압 단독 선회 모드에서의 동작이 가능하게 구성하고 있다. In the embodiment shown in FIG. 19, the main
이상에 있어서, 본 발명을 유압 셔블에 적용했을 경우의 실시 형태를 설명했지만, 본 발명의 골자는, 선회체의 구동에 대하여, 유압 전동 복합 선회 모드와 유압 단독 선회 모드의 전환을 행할 수 있도록 하는 것이며, 유압 셔블 이외의 선회체를 갖는 건설 기계 전반에 본 발명은 적용가능하다. As mentioned above, although embodiment when the present invention was applied to the hydraulic excavator was described, the gist of this invention makes it possible to switch between a hydraulic-electric hybrid turning mode and a hydraulic single turning mode with respect to the drive of a turning body. The present invention is applicable to construction machinery having a swing structure other than a hydraulic excavator in general.
10… 하부 주행체
11… 크롤러
12… 크롤러 프레임
13… 우주행용 압유 모터
14… 좌주행용 압유 모터
20… 상부 선회체
21… 선회 프레임
22… 엔진
23… 어시스트 발전 모터(충전 장치)
24… 캐패시터
25… 선회 전동 모터
26… 감속 기구
27… 선회 유압 모터
30… 셔블 기구(프론트 장치)
31… 붐
32… 붐 실린더
33… 아암
34… 아암 실린더
35… 버킷
36… 버킷 실린더
40… 유압 시스템
41… 유압 펌프
42… 컨트롤 밸브
43… 유압 배관
51… 초퍼
52… 선회 전동 모터용 인버터
53… 어시스트 발전 모터용 인버터
54… 평활 콘덴서
55… 파워 컨트롤 유닛
56… 메인 콘택터
57… 메인 릴레이
58… 돌입 전류 방지 회로
61… 선회용 스풀
62a,62b… 가변 오버로드 릴리프 밸프
63… 센터 바이패스 컷트 밸브
64… 레귤레이터
64a… 토크 제어부
70… 이그니션 키
71… 게이트 로크 레버
72… 선회용 조작 레버 장치
73… 조작 레버 장치(선회 이외)
74a,74bL,74bR… 유압·전기 변환 장치
75a,75b,75c,75d… 전기·유압 변환 장치
76… 파일럿압 신호 차단 밸브
77… 유압 단독 선회 모드 고정 스위치
80… 컨트롤러(제어 장치)
81… 이상 감시·이상 처리 제어 블록
82… 에너지 매니지먼트 제어 블록
83… 유압 전동 복합 선회 제어 블록
84… 유압 단독 제어 블록
85… 제어 전환 블록
100… 전동 모터(충전 장치)
101… 유압 모터
103… 배터리
110… 올터네이터
111… 전장계용 배터리
112… DC/DC 컨버터
120… 메인 전동 모터
121… 상용 전원
122… AC/DC 컨버터
130… 대용량 배터리
131… 파워 컨트롤 유닛
132… 메인 전동 모터용 파워 컨트롤 유닛
133… 선회 전동 모터용 파워 컨트롤 유닛
134… 선회 전동부 차단 릴레이10... Lower traveling body
11 ... Crawler
12... Crawler frame
13 ... Space-Pressing Oil Motor
14 ... Left driving hydraulic oil motor
20... Upper pivot
21 ... Turning frame
22... engine
23 ... Assist generation motor (charger)
24 ... Capacitor
25... Slewing electric motor
26 ... Deceleration mechanism
27 ... Slewing hydraulic motor
30 ... Shovel Mechanism (Front Device)
31 ... Boom
32 ... Boom cylinder
33 ... Arm
34 ... Arm cylinder
35 ... bucket
36 ... Bucket cylinder
40 ... Hydraulic system
41 ... Hydraulic pump
42 ... Control valve
43 ... Hydraulic piping
51 ... chopper
52 ... Inverter for swing electric motor
53 ... Inverter for assist generating motor
54 ... Smoothing capacitor
55 ... Power control unit
56 ... Main contactor
57... Main relay
58... Inrush Current Protection Circuit
61... Swing spool
62a, 62b... Variable Overload Relief Valve
63 ... Center Bypass Cut Valve
64 ... regulator
64a... Torque control unit
70 ... Ignition key
71 ... Gate lock lever
72 ... Swing lever device
73 ... Operation lever device (other than turning)
74a, 74bL, 74bR... Hydraulic and electric converter
75a, 75b, 75c, 75d... Electric, hydraulic converter
76 ... Pilot Pressure Signal Shutoff Valve
77... Hydraulic sole swing mode fixed switch
80 ... Controller (control device)
81 ... Error monitoring and error processing control block
82 ... Energy Management Control Block
83 ... Hydraulic Electric Composite Slewing Control Block
84 ... Hydraulic sole control block
85 ... Control switching block
100... Electric motor (charger)
101 ... Hydraulic motor
103 ... battery
110 ... Alternator
111... Electric Field Battery
112 ... DC / DC converter
120 ... Main electric motor
121 ... Commercial power
122 ... AC / DC Converter
130 ... Large capacity battery
131 ... Power control unit
132 ... Power control unit for main electric motor
133 ... Power Control Unit for Slewing Electric Motors
134 ... Slewing electric drive disconnect relay
Claims (15)
상기 원동기에 의해 구동되는 유압 펌프(41)와,
선회체(20)와,
상기 선회체 구동용의 전동 모터(25)와,
상기 유압 펌프에 의해 구동되는 상기 선회체 구동용의 유압 모터(27)와,
상기 전동 모터에 접속된 축전 디바이스(24)와,
상기 선회체의 구동을 지령하는 선회용의 조작 레버 장치(72)와,
상기 선회용의 조작 레버 장치가 조작되었을 때에 상기 전동 모터와 상기 유압 모터의 양쪽을 구동하고, 상기 전동 모터와 상기 유압 모터의 토크의 합계로 상기 선회체의 구동을 행하는 유압 전동 복합 선회 모드와, 상기 선회용의 조작 레버 장치가 조작되었을 때에 상기 유압 모터만을 구동하고, 상기 유압 모터만의 토크로 상기 선회체의 구동을 행하는 유압 단독 선회 모드의 전환을 행하는 제어 장치(80)를 구비하는 것을 특징으로 하는 하이브리드식 건설 기계. Prime mover 22,
A hydraulic pump 41 driven by the prime mover,
Revolving body 20,
The electric motor 25 for driving the swing structure,
A hydraulic motor 27 for driving the swing structure driven by the hydraulic pump;
A power storage device 24 connected to the electric motor,
An operating lever device 72 for turning instructing the driving of the swinging body;
A hydraulic-electric combined swing mode in which both the electric motor and the hydraulic motor are driven when the operating lever device for swing is operated, and the swing body is driven by a total of torques of the electric motor and the hydraulic motor; And a control device 80 for driving only the hydraulic motor when the operating lever device for swing is operated, and for switching the hydraulic single swing mode for driving the swing body with the torque of the hydraulic motor alone. Hybrid construction machine.
상기 제어 장치(80)는, 통상 운전 상태에서는, 상기 유압 전동 복합 선회 모드에서 상기 선회체(20)를 구동하고, 상기 전동 모터(25), 상기 축전 디바이스(24)를 포함하는 상기 전동 모터를 구동하기 위한 전동 시스템에 어떠한 고장, 이상, 경고 상태가 발생했을 때에, 상기 유압 전동 복합 선회 모드로부터 상기 유압 단독 선회 모드로 자동적으로 전환하는 것을 특징으로 하는 하이브리드식 건설 기계. The method of claim 1,
The control device 80 drives the swinging body 20 in the hydraulic-electric combined swing mode in the normal operation state, and drives the electric motor including the electric motor 25 and the power storage device 24. The hybrid construction machine, which automatically switches from the hydraulic-electric combined swing mode to the hydraulic single swing mode when a failure, abnormality, or warning condition occurs in the transmission system for driving.
상기 제어 장치(80)는, 고장, 이상, 경고가 해소되었을 때, 상기 유압 단독 선회 모드로부터 상기 유압 전동 복합 선회 모드로 자동적으로 전환하는 것을 특징으로 하는 하이브리드식 건설 기계. The method of claim 2,
The control device (80) is a hybrid construction machine, characterized in that automatically switching from the hydraulic single swing mode to the hydraulic electric combined swing mode when the failure, abnormality, and warning are resolved.
상기 제어 장치(80)는, 상기 축전 디바이스(24)의 축전량이 소정 범위 내에 있을 때는, 상기 유압 전동 복합 선회 모드에서 상기 선회체(20)를 구동하고, 상기 축전 디바이스의 축전량이 소정 범위 외로 되었을 때에, 상기 유압 전동 복합 선회 모드로부터 상기 유압 단독 선회 모드로 자동적으로 전환하는 것을 특징으로 하는 하이브리드식 건설 기계. The method of claim 1,
When the electrical storage amount of the said electrical storage device 24 exists in the predetermined range, the said control apparatus 80 drives the said turning body 20 in the said hydraulic-electric hybrid turning mode, and the electrical storage amount of the said electrical storage device became out of a predetermined range. And, at the time of automatically switching from the hydraulic-electric combined swing mode to the hydraulic single swing mode.
상기 제어 장치(80)는, 상기 유압 전동 복합 선회 모드와 상기 유압 단독 선회 모드의 전환을, 상기 선회체(20)의 동작이 행해지지 않는 상태에 한정해서 행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드식 건설 기계. 5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The said control apparatus (80) performs switching of the said hydraulic-electric combined swing mode and the said hydraulic single swing mode only in the state which the operation | movement of the said turning body (20) is not performed, The hybrid construction machine characterized by the above-mentioned.
상기 제어 장치(80)는, 상기 유압 전동 복합 선회 모드와 상기 유압 단독 선회 모드의 전환을, 상기 선회체(20)의 동작 및 상기 선회용의 조작 레버 장치(72)의 조작이 행해지지 않는 상태에 한정해서 행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드식 건설 기계. 5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The control device 80 is a state in which the operation of the swinging body 20 and the operation lever device 72 for swinging are not performed to switch between the hydraulic-electric hybrid swinging mode and the hydraulic single swinging mode. Hybrid construction machine, characterized in that limited to.
상기 제어 장치(80)는, 상기 복합 선회 모드와 상기 단독 선회 모드의 전환을, 상기 선회체(20)의 동작 및 상기 선회용의 조작 레버 장치(72)의 입력, 상기 선회체 이외의 장치(10, 30)의 동작 및 상기 선회체 이외의 장치용의 조작 장치(73)의 입력이 모두 행해지지 않는 상태에 한정해서 행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드식 건설 기계. 5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The control device 80 switches between the composite swing mode and the single swing mode by inputting the operation of the swing body 20 and the operation lever device 72 for swing, and the swing body ( A hybrid construction machine, characterized in that the operation is performed only in a state in which neither the operations of 10 and 30 and the input of the operating device 73 for devices other than the swing structure are performed.
상기 유압 모터(27)는 단독으로 상기 선회체(20)를 구동하는 것이 가능한 최대 토크를 출력가능하고, 상기 전동 모터(25)의 최대 토크가 상기 유압 모터의 최대 토크보다 낮은 것을 특징으로 하는 하이브리드식 건설 기계. 5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The hydraulic motor 27 is capable of outputting the maximum torque capable of driving the swinging body 20 alone, the maximum torque of the electric motor 25 is lower than the maximum torque of the hydraulic motor hybrid Construction machinery.
상기 제어 장치(80)는, 건설 기계의 기동 직후에 상기 축전 디바이스(24)의 축전량이, 상기 유압 전동 복합 선회 모드에서 동작하는 데 필요한 소정의 축전량보다 낮을 경우에 있어서, 충전 장치(23)로부터 상기 축전 디바이스로의 충전을 행하는 동시에, 이 충전 처리중에 상기 선회용의 조작 레버 장치(72)가 조작된 경우에는, 상기 유압 단독 선회 모드에서의 선회 동작을 행하고, 상기 축전 디바이스가 소정의 축전량에 도달한 후, 상기 유압 전동 복합 선회 모드로 전환하는 것을 특징으로 하는 하이브리드식 건설 기계. The method of claim 1,
The control device 80 is a charging device 23 when the power storage amount of the power storage device 24 is immediately lower than a predetermined power storage amount required to operate in the hydraulic-electric combined swing mode immediately after the start of the construction machine. When the operation lever device 72 for the swing is operated during the charging process while charging to the power storage device, the swing operation in the hydraulic single swing mode is performed, and the power storage device performs a predetermined power storage. After reaching a quantity, the hybrid construction machine, characterized by switching to the hydraulic-electric hybrid swing mode.
상기 제어 장치(80)는, 건설 기계의 기동 직후에 상기 축전 디바이스(24)의 축전량이, 상기 유압 전동 복합 선회 모드에서 동작하는 데 필요한 소정의 축전량보다 높을 경우에 있어서, 상기 축전 디바이스로부터의 방전을 행하는 동시에, 이 방전 처리중에 상기 선회용의 조작 레버 장치(72)가 조작된 경우에는, 상기 유압 단독 선회 모드에서의 선회 동작을 행하고, 상기 축전 디바이스가 소정의 축전량에 도달한 후, 상기 유압 전동 복합 선회 모드로 전환하는 것을 특징으로 하는 하이브리드식 건설 기계. The method of claim 1,
The control device 80, when the power storage amount of the power storage device 24 immediately after the start of the construction machine is higher than a predetermined power storage amount required to operate in the hydraulic-electric combined swing mode, from the power storage device When the operation lever device 72 for the swing is operated during the discharge process while the discharge is performed, the swing operation in the hydraulic single swing mode is performed, and after the power storage device reaches a predetermined power storage amount, Hybrid construction machine, characterized in that for switching to the hydraulic electric combined swing mode.
상기 원동기가 전동 모터(120)이며, 그 전원이 상용 교류 전원(121)인 것을 특징으로 하는 하이브리드식 건설 기계. 11. The method according to any one of claims 1 to 10,
The prime mover is an electric motor (120), the power source is a hybrid construction machine, characterized in that the commercial AC power source (121).
상기 원동기가 전동 모터(120)이며, 그 전원이 상기 축전 디바이스(130)인 것을 특징으로 하는 하이브리드식 건설 기계. 11. The method according to any one of claims 1 to 10,
The prime mover is an electric motor (120), the power supply is the power storage device (130), the hybrid construction machine.
상기 축전 디바이스(24)와 상기 전동 모터(25) 사이의 전력의 수수를 제어하는 전력 제어부(55)와,
상기 유압 펌프(41)로부터 상기 유압 모터(27)에 공급되는 압유의 흐름 및 상기 유압 모터로부터 탱크로 복귀되는 압유의 흐름을 제어하는 선회용 스풀(61)을 포함하는 선회 유압 시스템을 더 구비하고,
상기 선회 유압 시스템은, 상기 유압 모터의 최대 출력 토크가 제1 토크가 되는 제1 모드와, 상기 유압 모터의 최대 출력 토크가 상기 제1 토크보다 큰 제2 토크가 되는 제2 모드로 변경가능하고,
상기 제어 장치(80)는, 상기 선회 유압 시스템을 상기 제1 모드로 전환하고 또한 상기 선회용의 조작 레버 장치(72)가 조작되었을 때에 상기 전력 제어부(55)에 토크 지령을 출력해서 상기 전동 모터를 구동하는 유압 전동 복합 선회 제어부(83)와, 상기 선회 유압 시스템을 상기 제2 모드로 전환하고 또한 상기 전력 제어부(55)에의 토크 지령의 출력을 정지하는 유압 단독 선회 제어부(84)를 갖고, 상기 유압 전동 복합 선회 제어부와 상기 유압 단독 선회 제어부의 한쪽을 선택함으로써 상기 유압 전동 복합 선회 모드와 상기 유압 단독 선회 모드의 전환을 행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드식 건설 기계. The method of claim 1,
A power control unit 55 for controlling the transfer of electric power between the power storage device 24 and the electric motor 25;
And a swing hydraulic system including a swing spool 61 for controlling the flow of the pressurized oil supplied from the hydraulic pump 41 to the hydraulic motor 27 and the flow of the pressurized oil returned from the hydraulic motor to the tank. ,
The swing hydraulic system is changeable to a first mode in which the maximum output torque of the hydraulic motor is a first torque, and in a second mode in which the maximum output torque of the hydraulic motor is a second torque greater than the first torque, ,
The control device 80 switches the swing hydraulic system to the first mode, and outputs a torque command to the power control unit 55 when the swing lever device 72 is operated to output the torque motor. And a hydraulic electric swing control unit 83 for driving the hydraulic swing control unit 83 for switching the swing hydraulic system to the second mode and stopping the output of the torque command to the power control unit 55. A hybrid construction machine, characterized by switching between the hydraulic-electric combined swing mode and the hydraulic single-turn mode by selecting one of the hydraulic-electric combined swing control unit and the hydraulic single-turn control unit.
상기 제어 장치(80)는, 통상 운전 상태에서는 상기 유압 전동 복합 선회 제어부(83)를 선택하고, 상기 전동 모터(25), 상기 축전 디바이스(24), 상기 전력 제어부(55)를 포함하는 전동 시스템에 어떠한 고장, 이상, 경고 상태가 발생했을 때에 상기 유압 단독 선회 제어부(84)를 선택하는 이상 감시 제어부(81)를 더 갖는 것을 특징으로 하는 하이브리드식 건설 기계. The method of claim 13,
The control device 80 selects the hydraulic-electric combined swing control unit 83 in a normal operation state, and includes an electric motor 25, the power storage device 24, and the power control unit 55. And an abnormality monitoring control section (81) for selecting the hydraulic single swing control section (84) when any failure, abnormality, or warning condition occurs.
상기 제어 장치(80)는, 상기 축전 디바이스(24)의 축전량이 소정 범위 내에 있을 때는 상기 유압 전동 복합 선회 제어부(83)를 선택하고, 상기 축전 디바이스의 축전량이 소정 범위 외로 되었을 때에 상기 유압 단독 선회 제어부(84)를 선택하는 에너지 매니지먼트 제어부(82)를 더 갖는 것을 특징으로 하는 하이브리드식 건설 기계. The method of claim 13,
The control device 80 selects the hydraulic-electric combined swing control unit 83 when the power storage amount of the power storage device 24 is within a predetermined range, and when the power storage amount of the power storage device is out of a predetermined range, the hydraulic single swing. The hybrid construction machine further comprises an energy management control part 82 which selects the control part 84.
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